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QUIMICA:
EL ESTUDIO DE LOS
CAMBIOS
LA MATERIA
LA QUÍMICA ES EL ESTUDIO DE LA MATERIA Y
DE LOS CAMBIOS QUE EXPERIMENTA
La materia es cualquier cosa que ocupa
un espacio y que tiene masa
Una sustancia es una forma de materia
que tiene una composición definida y
propiedades características
Ejemplos:
agua, amoniaco, sacarosa, oro, oxígeno
2
Materia: cualquier cosa que ocupa un
espacio y tiene masa
Masa: medida de la cantidad de materia
La unidad SI de la masa es el kilogramo (kg)
1 kg = 1000 g
Peso: fuerza que ejerce la gravedad sobre un
objeto
peso = gravedad x masa
3
Una MEZCLA es una combinación de dos o
más sustancias en la cual cada sustancia
conservansus propiedades características.
1. Mezcla homogénea: la composición de la
mezcla es la misma en toda la disolución. Sus
componentes no se pueden distinguir.
Agua azucarada, leche
2. Mezcla heterogénea: la composición no es
uniforme en todas partes. Sus componentes si
se pueden distinguir.
virutas de hierro en arena
4
Los medios físicos puede usarse para separar una
mezcla en sus componentes puros.
Destilación
Separar agua y azucar
imán
Separar hierro y arena
5
Un ELEMENTO es una sustancia que no se
puede separar en sustancias más simples por
medios químicos.
• Se han identificado 115 elementos
Ejemplo: oro, aluminio, plomo, oxígeno, carbono
6
Un COMPUESTO es una sustancia formada por
átomos de dos o más elementos unidos
químicamente en proporciones definidas.
Los compuestos sólo pueden separarse en sus
componentes puros (elementos) por medios
químicos.
Agua (H2O)
Glucosa (C6H12O6)
7
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
Materia
Separación por
Mezclas
métodos físicos
Sustancias
puras
Separación por
Mezclas
homogéneas
Mezclas
heterogéneas
Compuestos
métodos
químicos
Elementos
8
LOS TRES ESTADOS DE LA MATERIA
Sólido
Líquido
Gas
9
PROPIEDADES INTENSIVAS
NO
DEPENDEN DE LA CANTIDAD DE MATERIA SOBRE
LA CUAL SE MIDE LA PROPIEDAD.
(EJ: TEMPERATURA, COLOR, DENSIDAD, PUNTO DE FUSION)
SON MUY UTILES EN QUIMICA PARA IDENTIFICAR SUSTANCIAS
PROPIEDADES EXTENSIVAS
SI DEPENDEN DE LA CANTIDAD DE MATERIA
(EJ: MASA, VOLUMEN)
10
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS
Una propiedad física no altera la composición o
identidad de la sustancia
Disolución de azúcar
derretimiento de hielo
en agua
Una propiedad quimica altera la composición o
identidad de la sustancia(s) involucrada(s)
H2
O2
H2O
H2
H2O
El hidrógeno arde en presencia
de oxígeno para formar agua
11
UNIDADES Y MEDIDAS
MUCHAS PROPIEDADES DE LA MATERIA
SON CUANTITATIVAS; ES DECIR, ESTAN
ASOCIADAS CON NUMEROS
UNA CANTIDAD MEDIDA SE EXPRESA
COMO UN NUMERO SEGUIDO DE UNA
UNIDAD
NÚMERO
UNIDAD
UNIDADES BÁSICAS DEL
SISTEMA INTERNACIONAL
Cantidad fundamental
Nombre de la
unidad
Longitud
metro
Masa
kilogramo
Tiempo
segundo
Corriente eléctrica
amperio
Temperatura
kelvin
Cantidad de sustancia
mol
Intensidad luminosa
candela
Símbolo
m
kg
s
A
K
mol
cd
UNIDADES DEL SISTEMA
INGLÉS (ANGLOSAJÓN)
Cantidad
fundamental
Longitud
Longitud
Masa
Tiempo
Nombre de
la unidad
pulgada
pie
libra
segundo
Símbolo
in
ft
lb
s
PREFIJOS UTILIZADOS CON UNIDADES
DEL SISTEMA INTERNACIONAL
Prefijo
TeraGigaMegaKiloDeciCentiMilliMicroNano-
Símbolo
T
G
M
k
d
c
m
m
n
Significado
1012
109
106
103
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
UNIDADES DERIVADAS DEL SISTEMA
INTERNACIONAL
Unidades derivadas son resultado de combinar
unidades consideradas como básicas
Cantidad
Volumen
Densidad
Velocidad
Fuerza
Nombre de la
unidad
metro cúbico
masa/volumen
metro/segundo
Newton (N)
Símbolo
m3
Kg/m3
m/s
Kg.m/s2
Volumen: es la medida de la cantidad de
espacio que ocupa la materia.
La unidad de volumen derivada del SI es
el metro cúbico (m3)
3
1 m = 1000 L
1 L = 1000 mL = 1000 cm3
En química se suelen trabajar
con volumenes pequeños
1 mL = 1 cm3
Densidad:
Se define como la cantidad de masa en
una unidad de volumen de sustancia.
(comúnmente en g/mL)
D = masa / volumen
ES UNA PROPIEDAD INTENSIVA
SE USA PARA CARACTERIZAR SUSTANCIAS
MANEJO DE NÚMEROS
NOTACIÓN CIENTÍFICA
NÚMEROS DEMASIADO GRANDES O
DEMASIADO PEQUEÑOS
En 1 g de hidrógeno hay:
602 200 000 000 000 000 000 000 átomos
Cada átomo de hidrogeno tiene una masa de:
0.000 000 000 000 000 000 000 001 66 gramos
Lo engorroso de usar estos numeros se evita
mediante la notacion cientifica.
NOTACION CIENTÍFICA
Cualquier numero sin importar si es grande
o pequeño puede representarse mediante:
N
n
x10
Donde N es un numero entre 1 y 10
n es un entero (positivo ó negativo)
NOTACION CIENTÍFICA
N x10n
EL “TRUCO” ES ENCONTRAR EL VALOR DE n
n se obtiene contando el número de
lugares que se requiere mover el punto
decimal de modo que N quede entre 1 y 10.
1  N  10
SI EL PUNTO DECIMAL DEBE MOVERSE…
a la izquierda entonces
n es positivo (+)
a la derecha
n es negativo (-)
entonces
NOTACION CIENTÍFICA
568.762
mover decimal a la izquierda
n es positivo
568.762 = 5.68762 x 102
0.00000772
mover decimal a la derecha
n es negativo
0.00000772 = 7.72 x 10-6
NOTACIÓN CIENTÍFICA
602 200 000 000 000 000 000 000
mover decimal a la izquierda
n es positivo
6.022 x 1023
0.000 000 000 000 000 000 000 001 66
mover decimal a la derecha
n es negativo
1.66 x 10-24
OPERACIONES CON NOTACIÓN
CIENTÍFICA
ADICIÓN Y SUSTRACCIÓN
1. Escriba cada cantidad de forma que tengan el
mismo exponente n.
2. Combine N1 y N2 sin que cambie el exponente.
Ej.
7.4 x 103 + 2.1 x 103 =
9.5 x 103
4.31 x 104 + 3.9 x 103
4.31 x 104 + 0.39 x 104 = 4.70 x 104
OPERACIONES CON NOTACIÓN
CIENTÍFICA
MULTIPLICACIÓN
1. Multiplique normalmente N1 por N2
2. Luego sume los exponentes.
Ejemplo:
3.5 x 104 x 2.0 x 102
=
(3.5 x 2.0) x 104+2 = 7.0 x 106
OPERACIONES CON NOTACIÓN
CIENTÍFICA
DIVISIÓN
1. Divida normalmete N1 entre N2
2. luego reste los exponentes.
Ejemplo:
8.5 x 104 =
5.0 x 109
8.5 x 104-9 =
5.0
1.7 x 10-5
CIFRAS SIGNIFICATIVAS
EXISTEN DOS CLASES DE NÚMEROS
Los números obtenidos al contar o a partir de
definiciones son números exactos.
Los números obtenidos por medicion, no son
exactos. Toda medición involucra un estimado.
CIFRAS SIGNIFICATIVAS
MEDICIÓN DE LA MASA EN TRES TIPOS
DE BALANZA
25 g
PRECISIÓN ± 0.01 g
± 0.001 g
± 0.0001 g
MEDICIÓN
25.019 g
25.0189 g
25.02 g
CIFRAS SIGNIFICATIVAS
•
Las cantidades medidas deben ser
reportadas de tal manera que el número
refleje la precisión con la cual la medición fue
realizada.
•
Al expresar una cantidad con el número
correcto de cifras significativas, se da por
entendido que el último digito es el incierto.
•
A todos los dígitos reportados, incluido el
incierto, se les denomina cifras significativas
GUIA PARA DETERMINAR EL NÚMERO
DE CIFRAS SIGNIFICATIVAS
Cualquier dígito diferente de cero SIEMPRE
es significativo
1.234 kg
4 cifras significativas
Los ceros entre dígitos distintos de cero
SIEMPRE son significativos.
606 m
3 cifras significativas
Los ceros al principio de un numero NUNCA
son significativos. Se usan para indicar el
lugar del punto decimal.
0.00081 L
2 cifras significativas
CIFRAS SIGNIFICATIVAS
Si un número es mayor a 1, los ceros a la derecha del
punto decimal SIEMPRE son significativos.
2.0 Kg
2 cifras significativas
Si un número es menor a 1, los ceros al final del
número son significativos.
0.0900 Kg
3 cifras significativas
Cuando un numero termina en ceros pero no tiene un
punto decimal, los ceros pueden
ser
ó no
significativos.
800 L
1 ó 3 cifras significativas?
Esta ambigüedad se elimina usando la
científica.
8 x 102 L
1 cifra significativa
8.00 x 102 L
3 cifras significativas
notación
CIFRAS SIGNIFICATIVAS
LAS
CONVENCIONES
DE
CIFRAS
SIGNIFICATIVAS NO APLICAN A “NUMEROS
EXACTOS”:
SE CONSIDERA QUE LOS NUMEROS EXACTOS
TIENEN UN NUMERO INFINITO DE CIFRAS
SIGNIFICATIVAS.
Ejemplos:
•
•
•
1 pie
12 pulg (Exactamente)
1 pulg
2.54 cm (Exactamente)
CUALQUIER NÚMERO ENTERO
¿Cuántas cifras significativas hay en
cada una de las medidas siguientes?
24 mL
2 cifras significativas
3001 g
4 cifras significativas
0.0320 m3
3 cifras significativas
6.4 x 104 moléculas
2 cifras significativas
560 kg
2 ó 3 cifras significativas
17 alumnos
Infinitas cifras significativas
CIFRAS SIGNIFICATIVAS EN
ADICIÓN Y SUSTRACCIÓN
EL RESULTADO DE UNA SUMA O RESTA
DEBE REPORTARSE CON EL MISMO
NÚMERO DE CIFRAS DECIMALES DE LA
MEDIDA QUE TENGA EL MENOR
NÚMERO DE CIFRAS DECIMALES.
CIFRAS SIGNIFICATIVAS EN
ADICIÓN Y SUSTRACCIÓN
La respuesta no puede tener más dígitos a la derecha del
punto decimal que cualquiera de los números originales.
89.332
+1.1
90.432
3.70
-2.9133
0.7867
Después del punto solo hay un decimal
redondeo a 90.4
Después del punto hay dos decimales
redondeo a 0.79
CIFRAS SIGNIFICATIVAS EN
MULTIPLICACIÓN Y DIVISIÓN
EL RESULTADO DE UNA MULTIPLICACIÓN
O DIVISIÓN DEBE REPORTARSE CON EL
MISMO NÚMERO DE CIFRAS
SIGNIFICATIVAS DE LA MEDIDA QUE
TENGA EL MENOR NUMERO DE CIFRAS
SIGNIFICATIVAS
CIFRAS SIGNIFICATIVAS EN
MULTIPLICACIÓN Y DIVISIÓN
El número de cifras significativas en el resultado
está determinado por el número original que
tenga la menor cantidad de cifras significativas.
4.51 x 3.6666 = 16.536366 = 16.5
3 cifras sig.
redondeo a
3 cifras sig.
6.8 ÷ 112.04 = 0.0606926 = 0.061
2 cifras sig.
redondeo a
2 cifras sig.
CIFRAS SIGNIFICATIVAS EN
OPERACIONES CON NÚMEROS EXACTOS
Se considera que los números de definiciones o los
números de objetos tienen una cantidad infinita de
cifras significativas.
• Calcule el promedio de las siguientes medidas: 6.64, 6.68 y 6.70
Exprese el resultado con el número correcto de cifras significativas
6.64 + 6.68 + 6.70
= 6.67333 = 6.67
3
Como 3 es exacto se considera que tiene infinitas cifras sig.
Si un objeto tiene una masa de 5.0 g entonces cual es la
masa de 9 de esos objetos.
5.0 x 9 = 45 g
REGLAS PARA REDONDEAR
Si se desea redondear un numero hasta cierto
punto, simplemente se eliminan los dígitos que
siguen al ultimo que desea conservarse.
Mire el digito que le sigue al último que se va a
conservar y….
• si es menor que 5, el digito precedente (el ultimo que
se conserva) permanece inalterado.
• si es mayor que 5, el digito precedente se
incrementa en una unidad.
• si es igual a 5, el digito precedente se incrementa en
una unidad, si es impar; pero si es par se deja igual.
ANÁLISIS DIMENSIONAL
(MÉTODO DEL FACTOR UNITARIO)
El análisis dimensional es un procedimiento
que se usa para la conversión entre
unidades.
Es una técnica sencilla pero sistemática,
útil para resolver problemas numéricos
Se basa en la relación que existe entre
diferentes unidades que expresan la misma
cantidad física
Ejemplos:
1 lb = 453.6 g
1 dólar = 100 centavos
ANÁLISIS DIMENSIONAL
(MÉTODO DEL FACTOR UNITARIO)
1 lb = 453.6 g
1 dólar = 100 centavos
Estas equivalencia permiten escribir los
siguientes factores de conversión:
1 lb
453.6 g
453.6 g
1 lb
1 dólar
100 centavos
100 centavos
1 dólar
Un factor de conversión es una fracción cuyo
numerador y denominador son la misma cantidad
expresada en unidades distintas.
ANÁLISIS DIMENSIONAL
La utilidad de los factores unitarios es que
permiten efectuar conversiones entre
diferentes unidades que miden la misma
cantidad:
Ejemplo: Convertir 2.46 dólares a centavos.
2.46 dólares = ? centavos
2.46 dólares x 100 centavos = 246 centavos
1 dólar
ANÁLISIS DIMENSIONAL
Con frecuencia uno debe usar mas de un
factor en la solución de un problema.
Ejemplo: 2 libras de azúcar cuestan 1.11 dólares.
Cuantos dólares cuestan 2500 g de azúcar ?
2500 g azúcar = ? dólares
2 lb = 1.11 dólares
2500 g x
1 lb = 453.6 g
1 lb x 1.11 dólares = 3.06 dólares
453.6 g
2 lb
La velocidad del sonido en el
aproximadamente 343 m/s. ¿Cuál
velocidad en millas por hora?
aire es
es esta
343 m = ? mi
s
h
Hay que convertir los metros a millas
y los segundos a horas:
1 mi = 1609 m
1 hora = 60 min
1 mi
60 s
m
x
x
343
s 1609 m
1 min
60 min
x
1h
1 min = 60 s
= 767 mi
h
Una hoja de block tiene un área 0.0616 m2.
¿Cuál es el área de esta hoja en pulg2 ?.
0.0616 m2 = ? pulg2
1 m = 100 cm
1 pulg = 2.54 cm
2
2
 100 cm   1 pulg 
0.0616 m x 
 x
 
 1 m   2.54 cm 
2
2
2
10000
cm
1
pulg
2
0.0616 m 2 x
x

95.5
pulg
1 m2
6.452 cm 2
Cálculo de la densidad a partir de la masa
y longitud, con análisis dimensional
Si un pequeño bloque de litio pesa 1.49 x103 mg
y sus lados miden 20.9 mm por 11.1 mm x 11.9
mm. Cual es la densidad del litio en g/cm3 ?.
masa
Densidad 
volumen
-3

1x10
g
3
  1.49 g
Masa de litio (g)  1.49x10 mg x 
 1 mg 
Volumen de litio (cm3 )  2.09 cm x 1.11 cm x 1.19 cm  2.76 cm3
1.49 g
3
Densidad del litio 

0.540
g/cm
2.76 cm 3
ANALISIS DIMENSIONAL
RESUMEN
EN ANALISIS DIMENSIONAL, LAS UNIDADES
DEBEN ESTAR PRESENTES A LO LARGO DE
TODO EL CALCULO.
LAS UNIDADES TAMBIEN SE
MULTIPLICAN O DIVIDEN (CANCELAN)
ENTRE SI.
EL ANÁLISIS DIMENSIONAL ES UNA PODEROSA
AYUDA PARA CHEQUEAR POSIBLES ERRORES
EN EL PROCEDIMIENTO DE UN PROBLEMA.
ANALISIS DIMENSIONAL
RESUMEN
UNO DEBE HACERSE TRES PREGUNTAS:
1- QUE DATOS SE DAN EN EL PROBLEMA ?
2- QUE CANTIDAD Y UNIDAD QUEREMOS OBTENER
EN EL PROBLEMA?
3- DE QUE FACTORES DE CONVERSION (EQUIVALENCIA) TENEMOS QUE DISPONER PARA “IR”
DE LA UNIDAD DADA A LA UNIDAD DESEADA?
USO DE LA CALCULADORA
LAS CALCULADORAS GENERALMENTE MUESTRAN
MAS CIFRAS DE LAS QUE SON SIGNIFICATIVAS
OJO: EN OPERACIONES DE DOS O MAS PASOS,
PARA MINIMIZAR ERRORES ORIGINADOS EN EL
“REDONDEO”, RETENGA TODOS LOS DIGITOS
DESPUES DE CADA PASO Y REDONDEE SOLO LA
RESPUESTA FINAL
Ejemplo:
TENEMOS UNA HOJA DE PAPEL DE ALUMINIO
CON UN GROSOR DE 8.0 X 10-5 cm. CUAL ES
EL GROSOR EN µm ?
1- SE DA UNA DISTANCIA DE 8.0 X 10-5 cm
2- QUEREMOS µm
3- FACTORES DE CONVERSION A CONSIDERAR:
cm
m
m 102 cm = 1 m ó 1cm = 10-2m
µm 106 µm = 1 m ó 1µm = 10-6m
ANALISIS DIMENSIONAL
Ejemplos:
LA DISTANCIA ENTRE ATOMOS DE CARBONO
EN UN DIAMANTE ES DE 154 pm
CONVIERTA ESTA DISTANCIA EN mm
¿CUAL ES LA MASA EN GRAMOS DE 1.50 GAL
DE AGUA? LA DENSIDAD DEL AGUA ES DE
1.00 g/cm3
Información Util :
1 gal = 4 qt
1.0567 qt = 1 L
ANALISIS DIMENSIONAL
Ejemplos:
UNA PERSONA PROMEDIO TIENE UNOS 200 mg DE
COLESTEROL POR CADA 100 mL DE SANGRE. SI EL
VOLUMEN TOTAL DE SANGRE DE ESTE INDIVIDUO ES 35.0 L
¿CUÁNTOS GRAMOS DE COLESTEROL CONTIENE ESTE
INDIVIDUO?
LA DOSIS RECOMENDADA DE ELIXOFILINA® , UNA DROGA
UTILIZADA PARA TRATAR EL ASMA, ES DE 6 mg POR kg DE
“PESO” (DEL PACIENTE).
CALCULAR LA DOSIS EN
MILIGRAMOS PARA UNA PERSONA DE 150 lb.
1 lb = 453.59 g
ANALISIS DIMENSIONAL
Ejemplo:
EL RADIO DE UN ATOMO DE ALUMINIO ES DE 1.43 Å.
CUANTOS ATOMOS DE ALUMINIO SE NECESITARIAN
PARA HACER UN COLLAR DE UNA
PULGADA DE
LARGO?
ASUMIR QUE LOS ÁTOMOS SON ESFERICOS
1Å = 1.0 X 10-10 m
ANALISIS DIMENSIONAL
Ejemplo:
EL PAPEL DE ALUMINIO SE VENDE EN LOS
SUPERMERCADOS EN LARGOS ROLLOS DE 66
YARDAS POR 12 PULGADAS, CON UN ESPESOR
DE 0.00065 PULGADAS. SI LA DENSIDAD DEL
ALUMINIO ES 2.70 g/cm3, CALCULAR LA MASA DE
UN ROLLO.
(Resp: 8.2 x 102 g)
ANALISIS DIMENSIONAL
Ejemplo:
En un punto dado de su orbita, la superficie de la tierra
esta a 92.98 millones de millas de la superficie del sol.
¿cuánto le lleva a la luz de la superficie del sol
alcanzar la superficie de la tierra?
La velocidad de la luz es 3.00 x 108 m/s
ANALISIS DIMENSIONAL
Ejemplo
El volumen de agua de mar en la Tierra es
aproximadamente de 330 millones de mi3. Si el
agua de mar tiene un 3.5% en masa de cloruro
de sodio (NaCl) y una densidad de 1.03 g/mL,
cual es la masa aproximada de NaCl,
(expresada en toneladas), disuelta en el agua
de mar del planeta Tierra?
1 cm = 10-2 m
1 mL = 1 cm3
1 km = 103 m 1 mi = 1.6093 km
1 ton = 2 000 lb 1 lb = 453.6 g
ANALISIS DIMENSIONAL
El metal magnesio, Mg, puede extraerse del agua de
mar mediante un proceso conocido como Dow. Este
metal se encuentra en el mar en una proporción de
1.4 g de Mg por kg de agua de mar. La producción
anual de Mg en los EU es alrededor de 105 toneladas;
si todo este Mg fuera extraído del mar, que volumen
de agua de mar, en metros cúbicos, tendría que
procesarse? Suponga una densidad de 1.025 g/mL
para el agua de mar.
1 cm = 10-2 m
1 ton = 2000 lb
1 mL = 1 cm3
1 lb = 453.6 g
1 kg = 103 g
Ejemplo:
Un gas a 25ºC llena un recipiente cuyo volumen
es de 1.05 x 103 cm3. El gas tiene una masa de
0.03760 g. Cual es la densidad del gas a 25ºC ?
Resp: D  3.58 105 g
cm3
Cuantas cifras significativas debe tener el
volumen del recipiente con el fin de que la
densidad calculada tenga 4 cifras significativas ?